GEOLOGIA Y GEOTECNIA
2015
Reconocimiento de suelos Toma de muestras
Ing. María Teresa Garibay
Ing. Pablo L. Torres
Ing. Silvia Angelone
Bibliografía
Das, Braja, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica
Jiménez Salas, J. A. y coautores. Geotecnia y Cimientos
Whitlow,R- Fundamentos de Mecánica de Suelos
Objetivo de las investigaciones de campo
• Evaluar el lugar
• Permitir un diseño adecuado y económico
• Planear el mejor método constructivo
Objetivo de las investigaciones de campo
• Predecir y contrarestar las dificultades
• Determinar las variaciones en las condiciones
ambientales
• Analizar alternativas de lugares
Objetivo de las investigaciones de campo
En caso de obras construidas:
• Verificación de condiciones de seguridad
• Posibilidad de modificaciones
• Investigación de fallas
En caso de usar al suelo como material de relleno:
• Encontrar el yacimiento adecuado
Secuencia de los trabajos
• Estudio de gabinete
• Reconocimiento del lugar
• Exploración detallada del sitio y muestreo
• Ensayos in situ
• Ensayos de laboratorio
• Instrumentación de campo
• Informe de resultados
Organización del trabajo
Campaña Laboratorio
Ubicación, cantidad y profundidad que alcanzan los puntos de prospección
Depende:
• del conocimiento previo
• de la importancia de la obra
• de las recomendaciones del proyecto de reglamento CIRSOC 401
Ubicación de las perforaciones
• Cubrir toda la planta (no necesariamente en coincidencia con la zona más cargada)
• Puentes: en coincidencia con la zona de pila y estribo
Densidad de puntos de prospección (Proyecto de Reglamento CIRSOC 401)
La cantidad mínima de puntos de prospección es de dos para viviendas unifamiliares de hasta dos plantas (<250 m2) en condiciones geotécnicas conocidas. Para el resto
de los casos vale lo indicado en los párrafos siguientes.
La distancia máxima entre puntos de prospección se determina con la expresión
l= a x lo
donde a se obtiene de la tabla 3.1 en función del tipo de construcción
lo se obtiene de la tabla 3.2 en función del tipo de terreno.
Tabla 3.1. Elementos para el cálculo de la distancia máxima entre
puntos de prospección. Clase
Descripción de las tipologías estructurales
Cantidad mínima
de prospecciones
Coeficiente
distancia
máxima entre
prospecciones
C-1 Viviendas unifamiliares de dos plantas con una superficie máxima
en planta de 250 m2 en condiciones geotécnicas conocidas
2 1,0
C-2 Edificios para vivienda o industriales hasta 2 plantas 3 1,0
C-3 Edificios para vivienda o industriales, de hasta 4 plantas sin muros
de carga, con estructura y cerramiento independiente
3 1,0
C-4 Edificios de viviendas u oficinas de 4 a 10 plantas o que, teniendo
hasta 4 plantas, no cumplen las condiciones anteriores
3 0,8
C-5 Edificios de viviendas u oficinas de 11 a 20 plantas; silos y tanques
de almacenamiento
3 0,7
C-6 Edificios de carácter monumental o singular, o con más de 20
plantas. (Serán objeto de un reconocimiento especial cumpliendo,
al menos, las condiciones que corresponden a la Clase C-5)
3 0,6
C-7 Construcciones complementarias con un área de fundación menor
a 50 m2
1 1
C-7 Puentes con luces de hasta 35 m 1 en cada pila o
estribo
-
C-8 Puentes con luces mayores de 35 m y/o con calzadas separadas
(tableros paralelos)
dos en cada pila o
estribo
-
C-9 Obras portuarias discontinuas una en cada
estructura
1,0
C-10 Líneas de transmisión eléctrica una en cada torre -
C-11 Obras lineales 3 ó 1 c/50 m -
C-12 Estructuras tipo péndulo invertido 2 -
Tabla 3.2. Distancias máximas entre puntos de reconocimiento según tipo de terreno.
Grupo Distancia Ejemplo
T-1: Variabilidad
baja
l0 = 30 a 40 m Grandes llanuras loésicas
T-2: Variabilidad
media
l0 = 20 a 30 m Coladas basálticas
T-3: Variabilidad alta l0 = 20 m Antiguas llanuras de
inundación de ríos divagantes
Grupo Descripción del terreno
T-1:
Terrenos
de variabilidad
baja
l0 = 30 – 40 m
Sedimentos finos consolidados (margas, arcillas, limos, loess cementado, etc.), relieve suave y gran espesor.
Terrazas de grandes ríos en su curso medio o bajo.
Rocas sedimentarias (areniscas, arcillitas, limolitas, etc.)
Depósitos granulares gruesos no fluviales, con contenido significativo de suelos y/o agregados finos.
T-2:
Terrenos de
variabilidad media
l0 = 20 – 30 m
Deltas y estuarios de grandes ríos.
Depósitos costeros eólicos, dunas.
Depósitos al pie de ladera, salida de barrancos.
Suelos residuales.
Coladas basálticas.
Rocas blandas no estratificadas.
T-3:
Terrenos de
variabilidad alta
lo= 20 m
Cauces, terrazas y deltas de ríos torrenciales
Antiguas llanuras de inundación de ríos divagantes (con meandros).
Morenas y depósitos glaciares.
Alternancia de gravas y suelos finos en laderas suaves no fluviales.
Terrenos yesíferos con problemas de disolución.
Suelos residuales sobre granitos o calizas en la meseta.
Calizas con problemas de disolución (Karst)
Terrenos volcánicos.
Suelos colapsables, licuefaccionables
Suelos expansivos.
Turbas y suelos no comprendidos en los puntos anteriores
Tabla 3.2. Distancias máximas entre puntos de reconocimiento según tipo de terreno.
Profundidad de las perforaciones
• Función del tamaño de la fundación
nDepende si en el subsuelo hay capas de arcilla blanda
Importante: tomar nota si se alcanza el nivel de la napa freática
Profundidad de las perforaciones
Exploración del subsuelo
• Excavaciones a cielo abierto, calicatas, trincheras
• Perforaciones
• Métodos geofísicos
Excavaciones a cielo abierto
Métodos de avance para ejecutar perforaciones
• Manual
• Con inyección de agua
• Con rotación o percusión
Avance con barreno
Avance con barreno Avance con inyección de agua
Video avance de perforación con
inyección de agua
Avance con percusión o rotación
Avance con máquina rotativa
Métodos geofísicos
• Los métodos geofísicos se emplean en estudios geotécnicos para analizar los siguientes aspectos:
– Evaluación del perfil geotécnico del subsuelo hasta profundidades generalmente menores a 100 m, ajustándose a correlaciones con perforaciones o cateos directos.
– Localización de inclusiones, anomalías o discontinuidades.
– Determinación de la velocidad de propagación de la onda de corte.
– Aplicaciones Geoambientales
Métodos geofísicos
• Los más relevantes desde el punto de vista geotécnico son:
– Reflexión y Refracción Sísmica: para determinar la interfaz entre materiales de diferente velocidad de onda mecánica incidente y la velocidad de propagación de ondas mecánicas en los diferentes materiales.
– Análisis Espectral de Ondas de Superficie (SASW): permite estimar la secuencia estratigráfica del sitio
– Resistividad eléctrica: permite obtener la variación de la resistividad eléctrica en profundidad a lo largo de una línea vertical (Sondeo Eléctrico Vertical)
Métodos geofísicos
Métodos geofísicos
Ensayos de suelos
• “In situ”
• En laboratorio
Ensayos in situ
• Identificación
• Penetración standard SPT
• Penetración de Cono (CPT)
• Ensayo de carga (placa- pilote) (PLT)
• Veleta de corte (VST)
• Presiómetro (PMT)
• Dilatómetro (DMT)
• Densidad “in situ”
• Observaciones del agua subterránea
(nivel del agua- presión de poro- permeabilidad)
Ensayos in situ
nMasa de 140lb (63,5 kg)
nCaída de 30”
(76cm) nSe cuenta el número de golpes para hincar el tomamuestra 45 cm, en 3 secuencias de 15cm cada una. (link video)
Ensayo “in situ” SPT nN es el número de golpes necesarios para que el tomamuestra penetre los últimos 30 cm en el suelo. Por ejemplo:
Profundidad 15cm 15cm 15cm N
1m a 1,45m 4 5 5 10
2m a 2,45m
5 5 7 12
3m a 3,45m
6 8 7 15
Correlación entre el SPT y el ángulo de fricción interna de las arenas
Relación entre la consistencia de arcillas saturadas, N y la resistencia a la compresión simple
Consistencia N qu (kg/cm2)
Muy blanda <2 <0.25
Blanda 2-4 0.25-0.50
Med. Compacta 4-8 0.50-1.00
Compacta 8-15 1.00-2.00
Muy compacta 15-30 2.00-4.00
dura >30 >4.00
Correcciones al valor N del ensayo S.P.T.
Corrección por sistema de lanzar el pisón
N60 = CHT x N
En Argentina con disparador manual
CHT = 1,5
Ensayos “in situ” con punta de cono
• Estáticos - CPT
• Dinámicos – DCP y DCPL
Punta de cono
Ensayos in situ
ENSAYO DE PENETRACIÓN DINAMICA DE CONO LIVIANO(DCPL)
• Objetivo:
– Reconocimiento rápido del terreno
– Verificación de la compactación en obra
– Detección e identificación de anomalías en capas
construidas
– Evaluación de pavimentos existentes
– Identificación de tramos homogéneos con
características estructurales similares
DCPL qMasa de 8kg
qCaída de 575 mm
Ensayos in situ
ENSAYO DE PENETRACIÓN DINAMICA DE CONO (DCPL)
– se ejecuta de manera continua y por lo tanto
brinda información continua del perfil del terreno
– No se obtienen muestras
– El resultado del ensayo se denomina DN
(mm/golpe)
Descripción del equipo DCPL
TOPE SUPERIOR
MASA DE CAÍDA (8 Kg)
MANGUITO DE UNION
CONO DE PENETRACIÓN
REGLA
H CAIÍ
DA
57.5
mm
APR
OX.
2000 m
m
20 mm
60 º
Operatoria de campo
PENETRACION (mm)
CAÍDA LIBRE
Lect ur a Nº
mm gol peslectinic 1105lect0 1002 5
960 5920 5910 5869 5828 5790 5740 3705 3664 3623 3582 3544 3435 3401 1364 1325 1280 1236 1189 1143 1
Interpretación De Resultados
INDICE DE PENETRACION (DN)
golpes de N
mmen n Penetració DN
o=
golpe
mm 5
golpes 5
mm 25 DN ==
Interpretación de resultados
Profundidad vs Nº golpes Profundidad vs DN
-1100
-900
-700
-500
-300
-100
0 20 40 60 80 100
número de golpes
pro
fun
did
ad
(m
m)
-1100
-900
-700
-500
-300
-100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
DN (mm/golpe)
pro
fun
did
ad
(m
m)
Ensayos in situ
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA DE CONO (CPT) – La información que se obtiene consta, en la mayoría de los casos, de tres
números: resistencia a la penetración de la punta, fricción lateral y presión
neutra.
– No se extraen muestras por lo que usualmente se ejecuta en combinación
con perforaciones o calicatas. Eventualmente puede inferirse el tipo de
suelo atravesado mediante el empleo de correlaciones validadas.
– En algunos casos el cono se equipa con sensores que permiten la ejecución
de ensayos geofísicos.
– Se aplica en suelos finos muy blandos a duros y en arenas muy sueltas a
densas.
– La limitación del ensayo está dada por la capacidad de penetración en
suelos de compacidad elevada, cementados o con partículas gruesas.
Penetrómetro de cono
holandés mecánico
(cono con manto y cono deslizante para fricción)
35,6
Cono con manto
Barra de sondeo con reductor de fricción
Cono con manguito de
fricción
Barra de sondeo
Barra de presión
manto
cono
de 60°
manguito de fricción
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA DE CONO (CPT)
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA DE CONO (CPT)
• Penetrómetro de cono holandés electrónico
6
8 4
5
9
3 7
2 5 5
1 35
,6 m
m
1. Cono 6. Cable 2. Celda de carga 7. Strain gauge 3. Manto 8.
n gaugen gaun gauConección a barras
4. Impermeabilizante 9. Inclinómetro 5.
meabilizanteImpermeabimeabimeabiAros selladores "O - rings"
Cono eléctrico para medición de resistencia de punta e inclinación
1. Cono 5. Aro de sujección ción 2. Celda de carga 6.
e sujImpermeabilizante
3. Celda de cargaCeldaCeldaStrain gauge
arga
7. ImpermeabiCable Impermeabi
4.
n gauManguito
n gau
8. Conección a barras
Cono eléctrico para medición de resistencia de punta y friccional
35,6
mm
7
8 6
5 3 4
3 2 1
Ejemplo de gráfico CPTU con parámetros primarios, derivados e interpretados
Muestreo- Tipo de muestras obtenidas
• Alteradas
• Inalteradas
Muestras de suelo inalteradas
Tomamuestra Terzaghi Tomamuestra Terzaghi
Tomamuestra Terzaghi Tomamuestra Moretto
Tomamuestra de pared delgada para suelos blandos
M.J. Hvorslev
• Hincado del tubo ejerciendo presión continuada, nunca golpes
• Grado de alteración depende de la “relación
de áreas”
Ar (%)= 100x(De2 –Di
2)/De2
Para tomamuestras de 2” Ar <10%
Toma de muestras de roca
RQD Calidad de la roca <25% Muy pobre
25-50% Pobre
50-75% Buena
75-90% Muy buena
90-100% Excelente
Clasificación según calidad de la roca
Instrumentación de campo
– Deformaciones
– Observaciones del agua subterránea (nivel del agua- presión de poro)
Ensayos en laboratorio
• Humedad
• Densidad
• Granulometría
• Determinación de G
• Plasticidad
• Permeabilidad
• Consolidación
• Corte
• Químicos
Calidad Propiedades que pueden ser determinadas de manera confiable
Clase 1 Clasificación, humedad natural, pesos unitarios, parámetros de resistencia, rigidez y consolidación
Clase 2 Clasificación, humedad natural y pesos unitarios
Clase 3 Clasificación y humedad natural
Clase 4 Clasificación
Clase 5 Ninguna. Sólo para determinar secuencia estratigráfica
Calidad de las muestras de suelo de acuerdo al CIRSOC 401
Calidad Propiedades que pueden ser determinadas de manera confiable
Clase 1 Clasificación petrográfica y mineralógica, densidad, absorción, porosidad, resistencia triaxial, módulo de deformación.
Clase 2 Clasificación petrográfica y mineralógica, densidad, absorción, porosidad, resistencia a la compresión simple.
Clase 3 Clasificación petrográfica y mineralógica, densidad, absorción. Ensayo de carga puntual.
Clase 4 Clasificación petrográfica y mineralógica.
Calidad de las muestras de roca de acuerdo al CIRSOC 401
Informe de resultados
• Introducción
• Descripción de la obra
• Descripción del predio
• Marco geológico
• Ubicación de las auscultaciones
• Resultados de los trabajos de campo
• Resultados de los trabajos de laboratorio
• Descripción del perfil geotécnico
• Recomendaciones
Información complementaria
Métodos geofísicos
• Otros métodos:
– Georadar: Permite detectar anomalías interceptadas por las ondas incidentes en el subsuelo
– Gravimetría: detección de anomalías de grandes dimensiones, tales como fallas geológicas, grandes cavidades y la interfaz entre suelo y roca.
– Magnetometría: Bajo ciertas condiciones es posible detectar la interfases horizontales entre dos macizos de rocas con diferentes parámetros magnéticos.
Ensayos in situ
• PLT: Ensayo de carga (placa- pilote) – Medida directa de la rigidez del suelo. – Consiste en la aplicación de una carga sobre una
placa y el registro del hundimiento de ésta en el terreno.
– Puede ser ejecutado en dirección vertical u horizontal.
– Para el caso de carga vertical sobre suelos no cohesivos, se debe aplicar la Norma IRAM 10528.
– Las limitaciones principales de este ensayo son: – La alteración producida en el terreno por la
excavación necesaria para hacer el ensayo. – Sólo mide las propiedades mecánicas del terreno en
un espesor del orden de dos veces el ancho de la placa de ensayo, medido desde la superficie ensayada
Ensayos in situ
• VST: Veleta de corte – Consiste en la hinca de una veleta y la
medición del momento torsor necesario para que ésta rote, produciendo el corte de un cilindro de suelo
– Permite medir la resistencia al corte no drenada de arcillas y limos plásticos saturados.
– Se aplica en depósitos de suelos finos blandos a medianamente compactos
– Se puede utilizar para medir los parámetros de corte de suelos remoldeados.
Ensayos in situ
• PMT: Ensayo presiométrico
– Consiste en la introducción de una vejiga cilíndrica dentro de una perforación y su expansión mediante la aplicación de una presión interior
– Se mide la relación entre la presión aplicada y el desplazamiento de la pared de la perforación, con lo que se puede calcular un módulo de deformación presiométrico y una presión límite, que permiten inferir propiedades mecánicas del terreno ensayado
– Se aplica en todo tipo de terreno.
Ensayos in situ
• DMT: Dilatómetro. – Consiste en la hinca de una espada
metálica que posee en la mitad de su cara una membrana deformable mediante la acción de una presión interior
– Se mide la presión necesaria para lograr una deformación lateral predeterminada, lo que permite inferir propiedades de rigidez del terreno ensayado
– Se aplica en todo tipo de suelos.
– Identificación